CN201378759Y

CN201378759Y - 低齿槽定位力矩的定子永磁型电机

Info

Publication number: CN201378759Y
Application number: CN200920144767U
Authority: CN
Inventors: 环剑斌; 花为; 郑自明; 苏申科; 唐震东; 张小媛
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2009-02-27
Filing date: 2009-02-27
Publication date: 2010-01-06
Anticipated expiration: 2019-02-27

Abstract

本实用新型公开了一种低齿槽定位力矩的定子永磁型电机，在转子上开有辅助槽以增加气隙齿槽磁导的高次谐波分量，使得产生的定位力矩基波频率增加，而幅值相应减小。通过对转子辅助槽尺寸的优化设计可以在减小定位力矩的同时保证电机的空载电势、转矩输出能力等性能指标不受影响。在结构上保留了定子永磁型电机紧凑、简单、鲁棒性好、适于高速运行的优势，无需额外增加电机体积，相反可以减小转子的铁心用量。相比较其他减小定位力矩的方式，该技术方法简单方便有效，成本低，特别适合于定子永磁型电机，使得该类型电机在直驱式风力发电机、混合动力汽车等领域有较好的应用前景。

Description

低齿槽定位力矩的定子永磁型电机

技术领域：

本实用新型涉及一种发电机制造技术，特别是涉及到一种定子永磁型电机技术。

背景技术：

我国作为世界上稀土材料储藏量最大的国家，大力研究和推广应用以稀土永磁电机为代表的各种新型永磁电机，具有重要的理论意义和应用价值。无论作发电还是电动运行，具有高效率、大转矩(功率)密度和低损耗等特点的新型永磁电机正呈现出加速发展的趋势。长期以来国内外的研究热点一直集中于以表面贴装式、插入式和内嵌式为代表的转子永磁型电机。然而，该类型电机在设计和实际运行过程中都会产成一系列问题，集中体现为以下三点：1.对永磁体粘贴在转子表面或插入转子凸极之间的结构，为了克服高速运行所产生的离心力影响，通常需要制作辅助的永磁体固定装置，并且永磁体处于定子和转子之间，加大了气隙长度，既增加了电机体积，又会导致气隙磁密减弱，影响出力；2.对永磁体埋入转子铁心内部的内嵌式结构，会影响转子的机械强度，并且需要辅助磁桥，同样会增加制作工艺；3.永磁体置于转子不利于该类型电机的冷却。此外，对转子永磁型电机而言，由于定子绕组产生的电枢反应磁通都会进入转子，与永磁体相互耦合，存在一定程度上的去磁危险；另一方面，无论是作为发电机还是电动机，为了获得正弦度较高的空载反电动势，通常在定子上安装分布绕组，会直接导致绕组端部较长，增加了导线长度和电阻，铜耗较大，降低了电机效率，更会使得电机体积增大，限制了转子永磁型结构在航天、航空、航海、电动汽车等对电机体积有严格要求领域的应用。因此，近一二十年来，国内外对新型定子永磁式电机的研究已成为一个热点，目前一共出现了三种结构的定子永磁型电机，分别是永磁磁链为单极性的双凸极永磁电机，和永磁磁链为双极性的磁通切换永磁电机和磁通反向永磁电机。

然而，由于定子永磁型电机采用双凸极结构，且具有聚磁功能，使其气隙磁密相对较大，导致定位力矩较为突出，由此引起电机运行过程中的转矩脉动较大，限制了其在风力发电和伺服驱动领域的应用。另一方面，针对传统转子永磁型电机减小定位力矩的方法都相对比较复杂，实施起来比较困难，提高了电机的制造成本和加工工艺难度，同时对电机性能有不同程度的影响。

实用新型内容：

本实用新型的目的就是提出一种低齿槽定位力矩的定子永磁型电机，采用简单有效的方法能够减小永磁电机的定位力矩，尤其是针对定子永磁型电机的结构特点易于实施。该方法适用于永磁体置于定子，转子仅由导磁铁芯组成的电机结构，即对目前已经出现的三种定子永磁型电机都可行，而且简单有效，无需增加电机设计和制造成本，反而可以减小铁芯材料。

本实用新型是这样实现的：一种低齿槽定位力矩的定子永磁型电机，包括定子和转子两个部分，所述定子和转子都为双凸极结构，在所述定子上设置有三相集中绕组和永磁体，其特征在于：在所述转子上开有辅助槽。

本实用新型与现有技术相比具有如下优点：

由于本实用新型的技术实施对象为定子永磁型电机，而该类型电机的集中电枢绕组和永磁体都设置于定子上，转子仅为导磁铁芯，所以本发明的电机结构非常简单而坚固，而且有利于改善该电机的冷却条件；此外，由于采用了集中绕组方式，可以减小端部长度，尽可能地减小电阻和铜耗，也保证了电机的结构紧凑，功率密度较大，效率较高。具体到本实用新型的技术方案，具有如下优点：

1.采用新型的定子永磁型结构，即将永磁体置于定子而取代传统的转子永磁型，转子部分为硅钢片压叠而成的实心铁芯，使得电机转子结构非常坚固，且不再需要为固定转子磁钢而添加复杂的加工工艺；

2.传统的针对转子永磁型电机的定位力矩减小方法，包括定子斜槽、转子斜极、定子槽口宽度不均、永磁体表面优化等都会对电机性能产生一定程度的影响，且会增加电机的制造成本。而本实用新型提出的转子开辅助槽非常容易实施，工程应用上便于实现，并且通过对所开辅助槽的尺寸进行优化，可以保证在减小定位力矩的同时不会对电机的空载电势、转矩(功率)输出能力等性能产生影响；

3.通过实施本实用新型技术改造后的定子永磁型电机既减小了定位力矩，又保留了功率密度大、容易冷却、适合高速运行的特点。用其组成的风力发电系统，可以减小起动风速，拓宽输出功率的风速范围；而用其组成的伺服驱动系统在低速运行时的转矩脉动问题也可以得到有效地控制。

附图说明：

图1是本实用新型所述的磁通切换永磁电机的结构示意图

图2是本实用新型所述的双凸极永磁电机结构示意图

图3是本实用新型所述的磁通反向永磁电机结构示意图

1.定子 2.转子 3.集中电枢绕组 4.永磁体 5.辅助槽

具体实施方式：

以图1所例，本实用新型低齿槽定位力矩的磁通切换双凸极永磁电机包括定子1和转子2，转子2位于定子1的内部或者外部，定子1和转子2都为双凸极结构，其中定子1由12个U形导磁铁心组成，在定子1上设置有三相集中绕组3和12块永磁体4，转子2有10个转子齿，每个转子齿上开有2个辅助槽5。

由于定子槽为12，转子齿为10，因此所产生的定位力矩基波分量频率为60，对应的机械周期为6度。而对该电机定位力矩进行谐波分析后，发现其定位力矩各高次谐波分量中，二次谐波较大。因此，选取在其转子齿上开2个辅助槽以削弱定位力矩的二次谐波分量。

此外，对所开辅助槽的槽深和槽口宽度都进行了优化设计，优化目标为在尽量减小定位力矩的同时，尽可能保证电机空载电势的幅值和正弦度保持不变。在具体实施过程中，为方便起见，保持辅助槽的槽深和槽口宽度一致，且让其在一定范围内变化，通过解析法和有限元方法计算得到最优的尺寸参数。

永磁体4是铁氧体或者钕铁硼永磁体，定子1和凸极转子2都可以采用硅钢片冲片压叠制成，定子1由U型结构的导磁铁心拼装组成。

转子2为直槽转子，转子上既无永磁体也无绕组。

图2低齿槽定位力矩的双凸极永磁电机和图3低齿槽定位力矩的磁通反向永磁电机中定位力矩减少的方法和图1低齿槽定位力矩的磁通切换永磁电机的原理是一样的。

Claims

1.低齿槽定位力矩的定子永磁型电机，包括定子(1)和转子(2)两个部分，所述定子(1)和转子(2)都为双凸极结构，在所述定子(1)上设置有三相集中绕组(3)和永磁体(4)，其特征在于：在所述转子(2)上开有辅助槽(5)。

2.根据权利要求1所述低齿槽定位力矩的定子永磁型电机，其特征在于：所述的辅助槽(5)为两个。

3.根据权利要求1或2所述低齿槽定位力矩的定子永磁型电机，其特征在于：所述辅助槽(5)的槽深和槽口宽度一致。

4.根据权利要求1所述低齿槽定位力矩的定子永磁型电机，其特征在于：所述转子(2)为内转子或外转子结构。

5.根据权利要求1所述低齿槽定位力矩的定子永磁型电机，其特征在于：所述转子(2)为直槽转子，该转子(2)上既无永磁体也无绕组。